JPH076720A

JPH076720A - 電子銃

Info

Publication number: JPH076720A
Application number: JP5146643A
Authority: JP
Inventors: Sukeyuki Yasui; 祐之安井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-06-18
Filing date: 1993-06-18
Publication date: 1995-01-10

Abstract

(57)【要約】【構成】気体が導入されこの気体を電離させる陽極ワ
イヤ１を収納したイオン化室２に抽出グリッド３が配設
され、抽出グリッド３を介してイオン化室２と連通する
高電圧室４が配設され、高電圧室４に陰極６が収納され
ている。陰極６は抽出グリッド３と平行な格子陰極６ａ
と抽出グリッド３に対して傾斜した傾斜陰極６ｂとを備
え、高電圧室４の側壁に電子に対して透過性のある出口
窓５が形成されている。【効果】電子ビームの強度が増加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマを利用して電
子ビームを発生させる電子銃に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、排煙処理、化学反応、加工、溶
接、レーザガス励起あるいはＸ線装置等の多くの先端技
術の分野で高強度の電子ビームが使用され、この電子ビ
ームの発生源として電子銃が用いられている。以下に従
来の電子銃について図５を参照して説明する。

【０００３】図５に示すように、気体が導入されこの気
体を電離させる陽極ワイヤ１を収納したイオン化室２に
抽出グリッド３が配設され、抽出グリッド３を介してイ
オン化室２と連通する高電圧室４が配設されている。イ
オン化室２の抽出グリッド３と対向する面には電子に対
して透過性のある出口窓５が形成されている。高電圧室
４には抽出グリッド３と対向する陰極６が収納され、陰
極６は高電圧導入端子７に接続され、高電圧導入端子７
は絶縁物８に支持されて高電圧室４の外に引き出されて
いる。高電圧室４には図示していない排気口が形成され
ており、この排気口は排気装置に連結され、この排気装
置によってイオン化室２及び高電圧室４内の圧力が制御
される。

【０００４】通常、導入されている気体の陽イオン化を
効率よく行うため、イオン化室２及び高電圧室４の圧力
は10〜30mTorr という低い状態に保たれている。気体と
しては、陰極６でのイオン衝撃２次電子放出比が良好で
あるヘリウムを用いる。また、イオン化室２及び高電圧
室４は接地されており、抽出グリッド３は出口窓５と等
しい電圧状態にある。陰極６は高電圧導入端子７を介し
て図示していない高電圧供給源に接続されており、−15
0kV ほどの高い負のバイアス電圧に保たれている。一
方、出口窓５は、高エネルギーの電子に対して透過性の
ある、厚さ10μｍほどのアルミニウムのシートで構成さ
れている。窓幅は電子銃の用途によって変化するが、材
料の処理に適用する場合は数cm×数＋cmが望ましい。

【０００５】電子銃を作動させる場合は、陰極ワイヤ１
に10kV程度のパルス電圧を印加する。電圧が印加される
と、陽極ワイヤ１と接地電位にあるイオン化室２の壁と
の間にパルス放電が起こり、イオン化室２内にプラズマ
が生成される。一方、高電圧室４内に収納された陰極６
は、抽出グリッド３を通してこのプラズマからイオンを
引き出す。

【０００６】このイオンは、イオン化室２と高電圧室４
との間に配設された抽出グリッド３を通って高電圧室４
に侵入し、高エネルギーに加速された陰極６に衝突す
る。イオンが陰極６に衝突すると、陰極６の表面から二
次電子が放出される。

【０００７】この様にして放出された二次電子は、イオ
ンとは逆方向に進み、抽出グリッド３に向かって加速さ
れ、さらに、イオン化室２を通過して出口窓５に至り、
高エネルギーの電子ビームとして出力される。

【０００８】ここで、抽出グリッド３の近辺におけるイ
オンの初期エネルギーを無視し、負のバイアス電圧をＶ
_HT、イオンの電荷量をｅとすれば、単一の荷電イオンに
関係があることを念頭におき、イオンはｅ・Ｖ_HTに等し
いエネルギーをもって陰極６に到達するものと考えられ
る。また、抽出グリッド３より引き出されたイオンが陰
極６に衝撃することによって放出される２次電子は、抽
出グリッド３に向かって加速され、ｅ・Ｖ_HTのエネルギ
ーに到達する。これらの状態において、１個のイオンと
このイオンによって放出される電子は、同じ電場線に対
応して、ほぼ重畳する軌道を呈する。

【０００９】上記の様な電子銃は、主として、電子銃を
電子励起によるガス・レーザー、マグネット、ハイドロ
ダイナミック発電機、排煙処理用電子銃に、また、出口
窓５をＸ線発生用ターゲットに置き換えることで、Ｘ線
発生装置に適用し得るものである。

【００１０】ところで、従来の電子銃では、陰極６から
放出された高エネルギーの電子は、プラズマが存在する
イオン化室２を通過するため電子とプラズマとの相互作
用により電子ビームのエネルギー単色性、発散角は制御
不能な悪いものになっていた。そこで、従来はその対策
として、図５に示した陽極ワイヤ１に印加するパルス電
圧を減少させ、イオン化室２内のプラズマ密度を減少さ
せることで対応していた。

【００１１】しかしながら、イオン化室２のプラズマ密
度を減少させると、高電圧室４内に引き出されるイオン
数が少なくなり、得られる電子ビーム強度を向上させる
のが困難になるという問題があった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
電子銃においては陰極から放出される電子がプラズマ中
を通過しなければ出口窓に到達できなかったため、電子
とプラズマの相互作用のために電子ビームの強度を向上
させるのが困難であるという問題があった。そこで本発
明の目的は、出力される電子ビームの強度を向上させた
電子銃を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明においては第１の発明として、気体が導入され
この気体を電離させるワイヤ状の陽極を収納したイオン
化室に抽出グリッドが配設され、この抽出グリッドを介
して前記イオン化室と連通する高電圧室が配設され、こ
の高電圧室に陰極が収納され、この陰極から放出される
電子ビームの出口窓が形成された電子銃において、前記
陰極が前記抽出グリッドと平行な格子状陰極部と前記抽
出グリッドに対して傾斜した傾斜陰極部とを備え、前記
出口窓が前記高電圧室の側壁に形成されていることを特
徴とする電子銃を提供する。

【００１４】また、第２の発明として、気体が導入され
この気体を電離させるワイヤ状の陽極を収納したイオン
化室に抽出グリッドが配設され、この抽出グリッドを介
して前記イオン化室と連通する高電圧室が配設され、こ
の高電圧室に陰極が収納され、この陰極から放出される
電子ビームの出口窓が形成された電子銃において、前記
陰極が前記抽出グリッドと平行な格子状陰極部と前記抽
出グリッドに対して傾斜した傾斜陰極部とを備え、この
傾斜陰極部から放出される電子ビームを増幅するための
付加的陰極が前記高電圧室に複数配設され、前記出口窓
がその高電圧室の側壁に形成されていることを特徴とす
る電子銃を提供する。なお、前記出口窓が形成された前
記高電圧室の前記側壁に、前記電子ビームの軌道を制御
するための磁界制御室が配設されることが望ましい。

【００１５】

【作用】高電圧室に収納される陰極を、抽出グリッドと
平行な格子状陰極部と抽出グリッドに対して傾斜された
傾斜陰極部で構成することにより、陰極から放出される
電子は、格子状陰極部と傾斜陰極部が構成する電気力線
に沿って高電圧室の側壁へと向かう。側壁には出口窓が
形成されているので、この出口窓より電子ビームを取り
出す。従って、プラズマが存在するイオン化室を介する
ことなく電子ビームを取り出すことができる。

【００１６】また、高電圧室に付加的陰極が配設されて
いる電子銃においては、陰極から放出された電子ビーム
の強度は、この付加的陰極に衝突するために増幅される
ため、さらに電子ビームの強度を向上させることが可能
となる。さらに磁界制御室を配設することによって、出
力される電子ビームの軌道を制御することが可能とな
り、電子ビームを適用対象に応じた照射域にすることが
できる。

【００１７】

【実施例】本発明の第１の実施例を図１を参照して説明
する。なお、従来と同じ部分には同一の番号を付与して
説明を省略する。図１に示すように、気体が導入されこ
の気体を電離させる陽極ワイヤ１を収納したイオン化室
２に抽出グリッド３が配設され、抽出グリッド３を介し
てイオン化室２と連通する高電圧室４が配設されてい
る。高電圧室４には陰極６が収納されており、陰極６は
抽出グリッド３に平行な格子陰極６ａと、格子陰極６ａ
に接続された傾斜陰極６ｂとから構成されている。傾斜
陰極６ｂは抽出グリッド３に対して所定の角度傾斜させ
て配置されている。傾斜陰極６ｂは高電圧導入端子７に
接続され、高電圧導入端子７は絶縁物８に支持されて高
電圧室４の外に引き出されている。高電圧室４の側壁に
は電子に対して透過性のある出口窓５が形成されてい
る。

【００１８】次に本実施例の作用について述べる。電子
銃を作動させる場合は、陽極ワイヤ１に10kV程度のパル
ス電圧を印加する。電圧が印加されると、陽極ワイヤ１
と接地電位にあるイオン化室２の壁との間にパルス放電
が起こり、イオン化室２内にプラズマが生成される。一
方、高電圧室４内に収納された陰極６は、抽出グリッド
３を通してこのプラズマからイオンを引き出す。このイ
オンは、イオン化室２と高電圧室４との間に配設された
抽出グリッド３を通って高電圧室４に侵入し、格子陰極
６ａに向かって加速される。格子陰極６ａを通過して高
エネルギーに加速されたイオンは傾斜陰極６ｂに衝突す
る。この衝突によって傾斜陰極６ｂの表面から放出され
た二次電子は、格子陰極６ａ及び傾斜陰極６ｂが構成す
る電気力線に沿って高電圧室４の側壁に形成された出口
窓５に向かって加速され、出口窓５から電子ビームとし
て出力される。

【００１９】本実施例によれば、電子ビームはプラズマ
が存在するイオン化室２を通過せずに出力されるので、
陽極ワイヤ１に印加するパルス電圧を低く制御する必要
がなくなり、電子ビームの強度を向上させることができ
る。また、電子とプラズマの相互作用がなくなるため、
エネルギー的に単色である電子ビームが得られる。ここ
で、傾斜陰極６ｂに対するイオンの入射角をθとする
と、イオンの衝撃による二次電子の放出量は、１／ cos
θに比例するため、入射角がゼロであった従来の電子銃
に比べると印加するパルス電圧が同じ場合でも電子ビー
ムの強度を強くすることができるという効果を奏する。

【００２０】次に本発明の第２の実施例を図２を参照し
て説明する。なお、従来と同じ部分には同一の番号を付
して説明を省略する。図２に示すように、気体が導入さ
れこの気体を電離させる陽極ワイヤ１を収納したイオン
化室２に抽出グリッド３を配設され、抽出グリッド３を
介してイオン化室２と連通する高電圧室４が配設されて
いる。高電圧室４には陰極６が収納されており、陰極６
は抽出グリッド３に平行な格子陰極６ａと、格子陰極６
ａに接続された傾斜陰極６ｂとから構成されている。傾
斜陰極６ｂは抽出グリッド３に対して所定の角度傾斜さ
せて配置されている。高電圧室４には、傾斜陰極から放
出される電子ビームを増幅するための付加的陰極９ａ、
９ｂ、９ｃ、９ｄが順次配設されており、付加的陰極９
ｄの近傍の高電圧室４の側壁には電子に対して透過性の
ある出口窓５が形成されている。付加的陰極９ａ、９
ｂ、９ｃ、９ｄは二次電子放出量の多い、例えばＧａＡ
ｓのような半導体膜で構成されている。

【００２１】次に本実施例の作用について述べる。イオ
ン化室２内に生成されたプラズマに由来するイオンは、
陰極６によって引き出され、抽出グラッド３を通って高
電圧室４に侵入し格子陰極６ａに向かって加速される。
格子陰極６ａを通過して高エネルギーに加速されたイオ
ンは傾斜陰極６ｂに衝突する。この衝突によって傾斜陰
極６ｂの表面から放出された二次電子は、格子陰極６ａ
及び傾斜陰極６ｂが構成する電気力線に沿って第１の付
加的陰極９ａに衝突して増幅され、第２の付加的陰極９
ｂに向かって加速される。このように二次電子放出を繰
り返しながら付加的陰極９ｃ、９ｄに順次衝突して増幅
され、高電圧室４の側壁に形成された出口窓５に向かっ
て加速され電子ビームとして出力される。

【００２２】本実施例によれば、第１の実施例と同様の
効果を奏するのはもちろん、付加的陰極によって二次電
子放出が増幅されるためさらに電子ビームの強度を向上
されることができる。通常、格子陰極６ａと傾斜陰極６
ｂは−200kV ほどの負の同電位にあり、付加的陰極９
ａ、９ｂ、９ｃは数百Ｖの低電圧（図２中Ｌ．Ｖ．と示
す。）にバイアスされ、出口窓５の近傍の付加的陰極９
ｄは−150kV ほど（図２中Ｈ．Ｖ．と示す。）に制御さ
れ、電子ビームのエネルギーが決定される。

【００２３】次に本発明の第３、第４の実施例を図３及
び図４を参照して説明する。なお、従来と同じ部分には
同一の番号を付与して説明を省略する。第３の実施例は
図３に示すように、第１の実施例に示した電子銃に磁界
制御装置10を配設した構成となっている。即ち、第１の
出口窓５ａが形成された高電圧室４の側壁に、電子ビー
ムの軌道を制御するための磁界制御室10が配設され、こ
の磁界制御室10の第１の出口窓５ａと対向する位置に第
２の出口窓５ｂが形成されている。

【００２４】また、第４の実施例は図４に示すように、
第２の実施例に示した電子銃に磁界制御装置10を配設し
た構成となっている。即ち、第１の出口窓５ａが形成さ
れた高電圧室４の側壁に、電子ビームの軌道を制御する
ための磁界制御室10が配設され、この磁界制御室10の第
１の出口窓５ａと対向する位置に第２の出口窓５ｂが形
成されている。

【００２５】磁界制御室10には電子ビームの軌道と直交
する方向に、図示していない外部磁界発生装置から磁界
を導入し、この磁界と電子ビームとのローレンツ力によ
って、電子ビームの軌道を制御する。このように第３及
び第４の実施例においては、電子ビームの軌道を磁界の
強さに応じて曲げることができるので、電子ビームを適
用対象に応じた照射域に制御できるという効果を奏す
る。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、本発明においては陰極が
抽出グリッドと平行な格子状陰極部と抽出グリッドに対
して傾斜した傾斜陰極部とを備え、出口窓が高電圧室の
側壁に形成されているので、プラズマが存在するイオン
化室を通過させずに電子ビームを出力させることができ
るため、電子ビームの強度を向上させた電子銃を抽供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す電子銃の断面図

【図２】本発明の第２の実施例を示す電子銃の断面図

【図３】本発明の第３の実施例を示す電子銃の断面図

【図４】本発明の第４の実施例を示す電子銃の断面図

【図５】従来の電子銃を示す断面図

【符号の説明】

１…陽極ワイヤ、２…イオン化室、３…抽出グリッド、
４…高電圧室、５、５ａ、５ｂ…出口窓、６…陰極、６
ａ…格子陰極、６ｂ…傾斜陰極、９ａ、９ｂ、９ｃ、９
ｄ…付加的陰極、10…磁界制御室。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気体が導入されこの気体を電離させるワ
イヤ状の陽極を収納したイオン化室に抽出グリッドが配
設され、この抽出グリッドを介して前記イオン化室と連
通する高電圧室が配設され、この高電圧室に陰極が収納
され、この陰極から放出される電子ビームの出口窓が形
成された電子銃において、前記陰極が前記抽出グリッドと平行な格子状陰極部と前
記抽出グリッドに対して傾斜した傾斜陰極部とを備え、
前記出口窓が前記高電圧室の側壁に形成されていること
を特徴とする電子銃。
【請求項２】気体が導入されこの気体を電離させるワ
イヤ状の陽極を収納したイオン化室に抽出グリッドが配
設され、この抽出グリッドを介して前記イオン化室と連
通する高電圧室が配設され、この高電圧室に陰極が収納
され、この陰極から放出される電子ビームの出口窓が形
成された電子銃において、前記陰極が前記抽出グリッドと平行な格子状陰極部と前
記抽出グリッドに対して傾斜した傾斜陰極部とを備え、
この傾斜陰極部から放出される電子ビームを増幅するた
めの付加的陰極が前記高電圧室に複数配設され、前記出
口窓がその高電圧室の側壁に形成されていることを特徴
とする電子銃。
【請求項３】前記出口窓が形成された前記高電圧室の
前記側壁に、前記電子ビームの軌道を制御するための磁
界制御室が配設され、この磁界制御室の前記出口窓と対
向する位置に第２の出口窓が形成されていることを特徴
とする請求項１または請求項２記載の電子銃。